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作者: 发布时间:2007-09-08 来源: 繁体版
> 1 前言 半个世纪以来,塑料已成为工农业和民用主要的材料之一。注塑机就是一种专用的塑料成型机械。它利用塑料的热塑性,经适当加热熔化后,加高压快速流入模腔,经一定时间保压、冷却,成为各种型材和塑料制

1 前言
    半个世纪以来,塑料已成为工农业和民用主要的材料之一。注塑机就是一种专用的塑料成型机械。它利用塑料的热塑性,经适当加热熔化后,加高压快速流入模腔,经一定时间保压、冷却,成为各种型材和塑料制品。在注塑机上推广应用变频器可以实现节约电能、提高生产率和产品质量,降低油污染和噪声污染,延长机器使用寿命等优点。因此将逐步推广使用。

2 注塑机变频调速系统的方案
   注塑机的工作循环如下:
   1) 锁合模:模板快速接近定模板,且确认无异物存在时,系统转为高压,将模板锁合。
   2) 注射台前移:喷嘴与模具紧贴。
   3) 注射:注射螺杆以一定的压力和速度将料筒前端的熔料注入模腔。
   4) 保压、冷却:通过此动作,使模腔内的塑料制品冷却成形。
   5) 预塑:传统上应用液压马达驱动螺杆并后退,料斗中加入的塑料粒子被前推,并进行预塑。螺杆后退到预 定位置,停止转动,准备下一次注射。
   6) 注射台后退,开模
   7) 顶出制品 
   以上这些动作在传统的注塑机上都是以液压系统来完成的。由油泵和不同阀门的配合产生不同的压力方向和流量,提供油缸和液压马达所要求的推动力和移动速度。
众所周知,油泵的输出功率
Pt=p×Qt=p×V×n (1)
而油泵的理论转矩:
Tt=1/2π×p×V (2)
式中p为压力,Qt为流量,V为油泵排量(油泵每转排出的油量),n为油泵转速
将(2)式代入(1)式得:
Pt=2π×Tt×n (3)
如果忽略机械能到液压能转换过程中的能量损失,则可近似认为油泵的输出功率等于电机的输出转矩与电机转速的乘积。因此可以看出,当系统要求低流量时,系统需要的功率其实是非常低的。但是实际情况却是,由于电动机始终运行在工频50Hz状态上,并不能根据实际的需求来降低其转速,从而减小流量。因此多余的液压油只能通过比例流量阀流回油箱,造成能源的白白浪费。
    根据以上事实,德国科比(KEB)公司以此为基础,在前几年的实践应用中积累了许多宝贵经验,提出了在注塑机械上变频器应用的多种节能方案,并且取得了成功。

2.1 油泵变频调速
    此种方案采用了KEB F4-F系列闭环矢量控制水冷变频器。将控制比例流量阀的电流信号同时输入给变频器的模拟量输入端,通过控制油泵电机的转速,油泵的实际流量正比于电机的转速,油泵的输出功率因此也正比于电机的转速(见公式3),起到了节能的目的。根据塑料制品和工艺要求的不同,其整体节能效果从35%至70%的范围内不等,表1示出不同流量时节能对比。
表1 节能数据对比
    同时与始终运行在工频转速上的电机和油泵相比较,伴随着电机转速的降低,系统平均音量降低3-5分贝。减少3分贝的噪音可使实际噪音降低50%,因此工厂的环境和员工的劳动条件得到改善。由于变频器采用水冷穿墙形式,变频器主体与散热片通过电控箱完全隔离,变频器实际密闭于电控箱中,其防护等级可由原先的IP20提高到IP54,减小了由于粉尘、油污侵入电子设备中导致损坏的可能性,确保了变频器的使用安全。同时,采用水冷散热方式,变频器的功率单元IGBT始终工作在某一设定温度范围内有温控功能,采用水冷方式可使变频器的平均寿命延长达到15年以上。

2.2 电动预塑机构(电液混合式注塑机)
    作为电液混合式注塑机,是采用电动机构来替代一部分液压系统,这样既保留了液压系统的动力强、响应快等优点,同时又增加了电动系统的高效率、节省能源的优势,使机器本身的性能有了很大的提高。图2示出电动预塑机构,是电液混合式注塑机中最常见的一种方式。它使用了包括水冷矢量控制F4-F变频器和水冷减速箱电机(或大转矩电机),以取代传统的液压马达。其带来的优点:除了节约(25%以上)和降低噪音以外(3分贝),还大大缩减了原有的液压系统,液压系统的功率可因此平均降低了30%。相关的液压设备安装及维护费用大幅降低。由于使用F4-F矢量控制变频器,对于预塑螺杆的速度控制较之液压马达更为精确,故能保证每模注塑量的一致性,使产品的质量得到提高。并且电动预塑机构是一个独立系统,因此预塑动作可在开合模时同时完成,对于一些冷却时间较短的制品,其每模的生产周期可以大幅缩短,从而提高了制品的产量。


菱科变频器在注塑机中的应用
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